大型拋擲爆破中的重力影響

【摘 要】以拋擲爆破中漏斗坑形成為分析的基礎，明確了重力以及巖土介質的粘結力在拋擲爆破中的影響和作用。通過對拋擲爆破相似理論關系的分析，明確了重力在大型拋擲爆破中的決定性作用。通過對相應試驗的比較和分析，明確了重力作用在軟弱巖以及漏斗坑形成中起到了決定性作用，并在得出相應結論的基礎之上明確了 公式及其修正，并且實現了其在大型拋擲爆破中的有效應用。

【關鍵詞】大型；拋擲爆破；重力；影響

爆破計算大多基于幾何相似原則。拋擲爆破中，裝藥量的計算是基于 公式。

= K h3f ( n)

在上述公式中，K是受到炸藥以及巖土特性影響的系數，而h 是裝藥在試驗中埋藏的深度，n是拋擲的指數，而n= B / H，B以及H是拋擲試驗中漏斗坑半徑以及漏斗坑深度。上面的公式充分說明，爆破試驗中，爆破尺度之間轉換與幾何原則相似原則相符合，也就是在爆破拋擲指數相同n的作用下，所產生的爆破拋擲漏斗坑相似，而試驗中的炸藥量與漏斗坑的體積成正比，也就是正比于h3。

但具體的爆破試驗表明，當爆破規模擴大時，尤其對于核爆炸的彈坑計算，并不完全能與幾何相似相符合，應在具體的計算中引入修正，經過修正的計算才與實際試驗相適應。經過修正的公式中，炸藥量的增加將大于漏斗坑體積增加的的速率。具體可從拋擲漏斗坑所形成的物理本質上理解。當巖土介質受到爆炸的影響而破碎，而后被破碎的巖土由于爆炸所產生的氣狀產物推出，由此，爆炸的能量首先在巖土介質的粘結力 上得到了消耗。其次，則消耗在了重力場中的巖土介質的拋擲位移上。前者與拋擲體積h3成正比，而后者則與 gh4成正比。

對于漏斗坑小( h 小) 的爆破， h3比 gh4遠遠要大，在該種狀況下，可忽略重力作用所造成的影響。其與幾何相似性原則相符合，由此可適用于未修正前的公式。而對于h數值較大的爆破試驗， h3與 gh4進行比較時，無法將后者視為微量，從而不能完全適用于上面的公式。并且，當爆破規模較大，重力作用在相應的試驗中起到決定性作用時，計算的藥量將與h4形成正比。為證實重力作用在大型拋擲爆破中的重要性，進行了一系列的室內模擬試驗，在該項試驗中，以壓縮空氣代替了爆炸氣體。

根據拋擲爆破的物理過程，其參與的物理量為：巖土介質的 ，內摩擦系數K，巖土介質強度 。爆破過程決定性的參數為空腔能量 n，空腔直徑 ，氣體絕熱參數 ，裝藥埋深h，重力加速度g，以及地面大氣壓力pa。漏斗坑的基本參數為其半徑B。

根據幾何相似理論，拋擲漏斗坑的量綱關系式應為

由上述公式得知，若僅僅考慮幾何相似性，忽略重力相似性，也就是排除參數 n/ gh4的影響，其充要條件在于 gh 與pa 及 之比足夠小。以此類推，若是只考慮重力相似性，忽略幾何相似性，也就是忽略 n/ gh4及 n/ pa h3，其充要的條件是 gh遠大于pa 及 。而中間情況的深埋與炸藥量，若是保持介質的不變，則 n/ gh4的作用將隨著爆破規律的增加而逐漸明顯。為了實現對大規模爆破試驗中重力作用顯著的模擬，應經盡量減小pa 和 ，使之與 gh的值相比忽略不計。也就是在量綱關系式中忽略 n/ h3 和 n/ pah3參數所造成的影響。在模擬試驗中，通過采用真空減小pa數值，并采用干砂減小巖土介質之間的粘結力 。

當排除了 n/ h3參數的影響，依舊存在一定的摩擦力，還需要消耗一定的能量。由此，應保留相關參數K 和 ，并且考慮到空腔中并不能保持絕對真空狀態，由此，為準確考慮拋擲過程中的阻力，還應以參數 n / ( gh+ pa) h3代替 n/ gh4，也就是 gh+ pa為試驗中的總體阻力。由此，在重力作用為決定性作用的狀況下，拋擲漏斗坑的量綱關系式的新形式為：

為了便于書寫，可令

當前可對模擬試驗以及原型的TNT以及核大型拋擲爆破具體的試驗結果。

通過圖線模型顯示了模擬試驗與原型試驗中，地表投影中心土體隆起速度最大值數據比較。模擬試驗的經驗公式為v 0= 0. 6h01. 85 ， 無量綱v 0以及h0的值表示為以下形式：

通過在相應的圖線模型上注明模擬試驗以及原型TNT和核試驗曲線，通過相應的圖示的曲線比較，可得知模擬試驗以及原型試驗具有較好的一致性。由此可說明，對于大型的爆破試驗，在拋擲漏斗坑的形成中，重力作用所造成的影響是決定性的。

通過相應的曲線圖標還可知，在h0< 0. 5 時，原型試驗中的拋擲速度將大于模擬試驗中的速度，這在很大程度上是由于炸藥埋深的減少，自由面附近原型試驗中爆炸壓縮波對拋擲漏斗坑形成作用增強的緣故。而在模擬試驗中，壓縮空氣沒有爆炸的壓縮波。

通過圖線形式顯示了原型試驗地表面投影中心隆起速度時程曲線以及模擬曲線時程的比較。根據曲線得知，兩個試驗時程曲線僅在初始階段存在區別，原型試驗中，隆起速度由爆炸壓縮波的作用決定，由此該區別是可以理解的。大由于模擬試驗中不存在爆炸壓縮波，由此在后續的氣相加速階段，圖線曲線則顯示出了二者一致的表現趨勢。而在相應的曲線中，由于原型試驗規模較小，高速攝影機難以對爆炸壓縮波所產生的土體運動進行區分，由此，相應的曲線則完全貼合一致。原型試驗與模擬試驗拋擲爆破數據的一致性趨勢表明在巖石中，尤其是弱巖中拋擲漏斗坑形成過程中，重力是占據決定性作用的。

為明確大埋深狀況下拋擲爆破中存在的尺度效益，在美國以及前蘇聯進行了大量的現場試驗，充分顯示了重力作用對于漏斗坑尺寸形成的重要性，也就是顯示了幾何相似的偏差。

為了修正相關公式，建議在h> 25m狀況下，計算爆破藥量的公式可用

隨著相應技術的不斷發展，按照拋擲漏斗坑尺寸試驗成果整理所得的另一公式也得到了有效的應用，也就是：

由于以上公式所具有的適應性，致使可知，基于幾何相似的 試驗公

式具有較強的適用性。大埋深（大藥量）的爆破中，重力作用較大，甚至具有決定性的作用。由此，應采用修正后的幾何相似性試驗公式，而大埋深拋擲爆破或是彈坑爆炸模擬試驗應在離心機上進行，從而推導得出重力相似的試驗公式。

參考文獻：

[1]錢七虎. 中國巖石工程技術的新進展[J]. 中國工程科學， 2010，(08) .

[2]葛濤，王明洋. 堅硬巖石在強沖擊荷載作用近區的性狀研究[J]. 爆炸與沖擊， 2007，(04) .

[3]錢七虎，戚承志. 巖石、巖體的動力強度與動力破壞準則[J]. 同濟大學學報(自然科學版)， 2008，(12) .

[4]錢七虎，李樹忱. 深部巖體工程圍巖分區破裂化現象研究綜述[J]. 巖石力學與工程學報， 2008，(06) .

[5]馬淑娜，劉新宇，馬林建. 大型洞庫開挖爆破振動影響的簡化加荷方法[J]. 解放軍理工大學學報(自然科學版)， 2010，(02) .